不同灌溉方式下养分配置对小麦、玉米产量和水分利用的影响

潘晓莹，武继承，杨永辉，高翠民，张洁梅，王 越，何 方

(1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2.农业部作物高效用水原阳科学观测实验站，河南 原阳 453514)

华北平原是我国重要的粮食生产基地，小麦、玉米产量分别占全国小麦、玉米总产量的76%、30%[1-2]。然而，由于该地区年降雨分布不均及降雨量远达不到作物需求量，故作物生长过程中仍需通过补充灌溉来满足生长需求。结合农业部制定的“一控两减”总体战略，开展节水灌溉及合理施肥技术研究、提高作物水肥利用效率对农业可持续发展具有重要的现实和长远意义。依“以肥调水、以水促肥”为核心将节水灌溉与合理施肥技术结合的水肥一体化技术应用于农业生产是我国现代农业研究与发展的重点方向。目前，可用于水肥一体化技术的灌溉方式有喷灌、移动喷灌、滴灌、微喷灌等。其中，喷灌技术适宜于不同类型的农作物生产，具有节水、省工、适应性广、水肥一体化性能好等特点[3-6]。同时，与传统地面灌溉相比，喷灌条件下土壤水分、养分分布[7-8]和农田小气候[9-11]均发生了明显的变化，从而促进作物籽粒形成，提高作物产量和水分利用效率[12-21]。目前，大量研究表明，喷灌可有效增加小麦[3,15-17]、玉米[18-22]等农作物的产量和水分利用效率。但大部分研究主要集中于单一作物小麦或者玉米，对于小麦—玉米周年效应的研究较少[23-26]，而关于不同灌溉方式与氮磷钾及控释肥合理配置的研究尚未见报道。为此，将灌溉方式与养分配置相结合，探讨其对小麦、玉米、小麦—玉米周年产量和水分利用的影响，以期寻求适宜小麦、玉米生产的最佳水肥配置模式，为节水节肥增效生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及试验材料

试验在河南省通许县节水农业试验基地进行，该区属典型季风气候，多年平均降水量658 mm，其中，7—9月降水量占全年降水量的60%以上。试验地土壤为壤质潮土，土壤耕层含有机质15.6 g/kg、水解氮75.8 mg/kg、速效磷18.5 mg/kg、速效钾89.4 mg/kg，pH值为8.30。

供试小麦品种为百农207，玉米品种为郑单958。试验用肥料分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)、控释肥(N-P2O5-K2O为25-5-10)。

1.2 试验设计

试验设3种灌溉方式：喷灌(PG)、移动喷灌(YDPG)、小白龙(XBL)。根据土壤墒情变化确定灌水时期(灌水1次，小麦灌水量600 m3/hm2，玉米灌水量600 m3/hm2)。设置8个施肥处理，T1：底施N34P6K8750 kg/hm2，T2：底施N34P6K8750 kg/hm2+追施纯N 75 kg/hm2，T3：底施N28P15K5750 kg/hm2，T4：底施N28P15K5750 kg/hm2+追施纯N 75 kg/hm2，T5：底施控释肥600 kg/hm2,T6：底施控释肥600 kg/hm2+追施纯N 75 kg/hm2，T7：底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2，T8：底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2+追施纯N 75 kg/hm2。以不施肥不灌水处理为对照。灌溉时期一致，追肥与灌水同步。小区面积5.0 m×5.6 m，随机区组排列。小麦于10月20日等行距(22 cm)播种，播种量为240 kg/hm2；玉米于次年6月8日等行距(60 cm)播种，播种密度79 500株/hm2。田间管理方式同常规大田。

1.3 测定项目及方法

于小麦收获期，测定株高、穗长、不孕穗数、小穗数，考察穗粒数、千粒质量。收获小麦、玉米计产，并计算灌水利用率。灌水利用率=(灌水处理产量-对照产量)/灌水量。

1.4 数据处理

利用WPS Office 2019和SPSS 19软件进行数据处理及差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式下养分配置对小麦生长发育的影响

由表1可以看出，相同灌溉方式下，与不追肥处理相比，追肥处理更有利于小麦的生长发育，小麦株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量具有不同程度的提高，不孕穗数降低。与小白龙相应处理相比，移动喷灌处理株高增加0.4～1.8 cm，穗长增加0.1～0.3 cm，小穗数增加0.1～1.5个，穗粒数增加0.1～7.8粒，千粒质量提高0.02～3.84 g；喷灌处理株高增加0.7～5.0 cm，穗长增加0.1～0.5 cm，小穗数增加0.3～2.6个，穗粒数增加1.7～13.9粒，千粒质量增加0.70～5.50 g。

2.2 不同灌溉方式下养分配置对小麦产量和灌水利用率的影响

由表1和表2可知，与不追肥处理相比，追肥处理小麦在喷灌条件下增产4.19%～5.55%，在移动喷灌条件下增产5.90%～8.01%，在小白龙灌溉条件下增产4.13%～7.97%；追肥处理小麦在喷灌、移动喷灌、小白龙灌溉条件下灌水利用率相应提高0.65～0.90、0.93～1.18、0.60～1.18 kg/m3。与小白龙灌溉处理相比，喷灌、移动喷灌各相应处理均有明显增产效果，其中喷灌处理增产1.64%～14.04%，移动喷灌处理增产1.37%～12.88%；喷灌处理灌水利用率增加0.26～2.03 kg/m3，移动喷灌处理增加0.21～1.96 kg/m3。与对照(7 535.00 kg/hm2)相比，喷灌、移动喷灌、小白龙灌溉处理分别增产22.81%～37.49%、15.65%～36.93%、7.69%～27.99%；喷灌、移动喷灌、小白龙灌溉处理灌水利用率分别为2.86～4.71、1.97～4.64、0.97～3.52 kg/m3。3种灌溉方式下，小麦的综合增产幅度和灌水利用率均以T8处理最高；喷灌条件下的T8处理产量和灌水利用率最高。

表1 不同灌溉方式下养分配置对小麦生长发育和产量的影响Tab.1 Effects of nutrient allocation on wheat growth and yield under different irrigation methods

注：同列数据后不同小写字母表示同一灌溉方式下不同处理间的差异达到显著(P<0.05)水平。
Note:The different lowercase letters after data within a column mean significant differences(P<0.05) among different treatments under same irrigation mode.

表2 不同灌溉方式下养分配置对小麦—玉米周年灌水利用率的影响Tab.2 Effects of nutrient allocation on irrigation utilization rate of wheat-maize under different irrigation methods kg/m3

2.3 不同灌溉方式下养分配置对玉米产量和水分利用的影响

由图1可知，喷灌条件下，T8处理玉米产量显著高于其他处理,T5、T6、T7处理显著高于T1、T2、T3、T4处理,T4处理显著高于T1、T2处理,T2、T3处理显著高于T1处理，且两者间差异不显著。移动喷灌条件下,T7、T8处理玉米产量显著高于其他处理,T6、T4处理显著高于T1、T2、T3、T5处理,T3、T5处理显著高于T1、T2处理,T2处理显著高于T1处理。小白龙条件下,T7、T8处理玉米产量显著高于其他处理,T5、T6处理显著高于T1、T2、T3、T4处理,T3、T4处理显著高于T1、T2处理,T2处理显著高于T1处理。由图1和表2可知，喷灌处理玉米产量较对照(5 670.00 kg/hm2)增加24.76%～53.98%，灌水利用率为2.34～5.10 kg/m3；追肥处理较相应底施处理增产0.21%～9.18%。移动喷灌处理玉米产量较对照增加27.25%～63.71%，灌水利用率为2.58～6.02 kg/m3；追肥处理较相应底施处理增产0.03%～7.16%。小白龙处理玉米产量较对照增加18.51%～50.03%，灌水利用率为1.75～4.73 kg/m3；追肥处理较相应底施处理增产0.25%～7.73%。与小白龙相应处理相比，喷灌、移动喷灌处理分别增产1.40%～6.89%、6.81%～16.47%，灌水利用率分别增加0.19～0.90、0.82～2.08 kg/m3。3种灌溉方式下，玉米的综合增产幅度和灌水利用率均以T8处理最高；移动喷灌条件下的T8处理产量和灌水利用率最高。

2.4 不同灌溉方式下养分配置对小麦—玉米产量和水分利用的影响

由图1可知，小麦—玉米周年产量与玉米产量的变化趋势基本一致。喷灌条件下，T8、T6处理小麦—玉米周年产量显著高于T1、T2、T3、T4、T5处理，T4、T5处理显著高于T1、T2、T3处理，T2、T3处理显著高于T1处理。移动喷灌条件下，T8处理小麦—玉米周年产量显著高于其他处理，T4、T6、T7处理显著高于T1、T2、T3、T5处理，T5处理显著高于T1、T2、T3处理，T3处理显著高于T1、T2处理，T2处理显著高于T1处理。小白龙条件下，T6、T8理小麦—玉米周年产量显著高于T1、T2、T3、T5处理，T4处理显著高于T1、T2、T3、T5处理，T3处理显著高于T1、T2处理，T2处理显著高于T1处理。喷灌处理较对照(13 205.00 kg/hm2)增产23.65%～44.57%，追肥处理较相应底施处理增产3.08%～6.35%。移动喷灌处理较对照增产20.63%～48.43%，追肥处理较相应底施处理增产3.11%～7.63%。小白龙处理较对照增产12.33%～33.64%，追肥处理较相应底施处理增产3.24%～6.78%。喷灌处理灌水利用率为2.60～4.90 kg/m3，移动喷灌处理为2.27～5.33 kg/m3，小白龙灌溉处理为1.36～3.70 kg/m3(表2)。与小白龙灌溉处理相比，喷灌、移动喷灌处理分别增产3.94%～10.07%、6.71%～11.21%，灌水利用率分别增加0.57～1.27、0.91～1.63 kg/m3。3种灌溉方式下，小麦—玉米的综合增产幅度和灌水利用率均以T8处理最高；移动喷灌条件下的T8处理产量和灌水利用率最高。

图1 不同灌溉方式下养分配置对玉米产量及小麦—玉米周年产量的影响Fig.1 Effects of nutrient allocation on maize yield and wheat-maize annual yield under different irrigation methods

3 结论与讨论

研究表明，合理灌水和施肥是促进作物生长发育、增产增效的重要措施[10,13-14,24-28]。本研究结果表明，与小白龙处理相比，喷灌、移动喷灌处理可促进小麦生长发育(不孕穗除外)，这与姚素梅等[12]的研究结果一致。喷灌和移动喷灌处理可显著提高小麦、玉米及小麦—玉米周年产量及灌水利用率，与于利鹏等[14]、崔吉晓等[28]及姚素梅等[29]的研究结果相似。本研究中玉米及小麦—玉米周年的产量和灌水利用率均以移动喷灌条件下的T8处理最佳，小麦产量和灌水利用率均以喷灌条件下的T8处理最佳。基于小麦—玉米周年产量和灌水利用率综合考虑，本研究推荐的水肥组合为移动喷灌结合底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2+追施纯N 75 kg/hm2。